科学者たちは、2つの隕石に保存された有機化学物質について異常に詳細な研究を行い、数万の炭素ベースの分子を明らかにし、初めて単一分子の構造画像を示しました。この研究は、国立高磁場研究所（MagLab）、フロリダ州立大学、そしてブルックヘブン国立研究所の科学者たちによって行われました。研究チームは、MagLabの超高解像度質量分析計とブルックヘブンの原子レベルの顕微鏡を使用して、1969年にオーストラリアに落下したマーチソン隕石（Murchison meteorite）と2019年にコスタリカに落下したアグアスザルカス隕石（Aguas Zarcas meteorite）の破片を調査しました。
研究結果は『惑星科学ジャーナル』（The Planetary Science Journal）に発表されました。
隕石研究が炭素ベースの分子の豊富さを明らかに
隕石は、化学的なタイムカプセルとして、太陽系形成時の材料を保存しています。マーチソン隕石は特に貴重で、炭素質コンドライトであり、大量の有機物を含んでおり、落下以来広範な研究が行われています。新たな分析では、MagLabの21テスラフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（FT-ICR）質量分析計を使用して、極めて複雑な混合物の中から多数の化合物を区別することができました。研究者たちは分析の前に、有機溶媒で隕石の微小な破片を溶解しました。この技術により、各隕石に数万の炭素ベースの分子が含まれていることが明らかになりました。
この数字は、科学者が数万の完全にユニークな分子構造を特定したことを意味するものではありません。質量分析は主に存在する分子式を明らかにし、異なる分子構造が同じ分子式を持つ可能性があります。
ブルックヘブンの科学者パーシー・ザール（Percy Zahl）は、高解像度非接触原子間力顕微鏡を使用して隕石材料中の単一分子を調査しました。この技術は、極めて鋭いプローブを表面にホバリングさせます。顕微鏡は分子に物理的に接触せず、プローブと材料の相互作用を測定してその構造を画像化します。分子の元素組成を知っていても、原子がどのように結合しているかを明らかにするわけではありません。異なる配置は、同じ化学式を持ちながらも構造が異なる分子を生み出す可能性があります。研究者たちは、これほど複雑な混合物の中で単一分子を成功裏に画像化するには、数日から数ヶ月の厳しい作業が必要になる可能性があると述べています。
研究チームは、これは隕石材料においてこのような顕微鏡を使用した3回目の報告であると指摘しました。
この組み合わせは、科学者に2つの補完的な視点を提供します：質量分析は広範な化学的在庫を提供し、顕微鏡は選択された分子の構造を明らかにします。マーチソンとアグアスザルカスの比較は、もう一つの重要な結果を生み出しました。これら2つの隕石は同じ炭素豊富な隕石の一種に属し、外見は似ていますが、分子の指紋には顕著な違いがあります。複雑な分子の相対的に小さな部分のみが重なっています。これは、これらの材料の母小惑星が形成とその後の進化の過程で異なる化学環境を経験したことを示しています。この結果は、初期の太陽系が化学的に均一ではなかったという証拠を増加させます。
小惑星は、異なる組み合わせの加熱、変化、水駆動反応、その他のプロセスを経て、独自の化学的特徴を残し、最終的に地球に運ばれます。マーチソン自体は特に古く、研究者たちはその歴史を少なくとも55億年と述べており、地球よりも古く、私たちの惑星が形成される前の材料を理解するための窓を提供しています。
隕石中の有機化合物が外星物質の手がかりを提供
この発見は、これらの隕石から生命、さらには生命の直接の前駆体が来ていることを示すものではありません。むしろ、外星物質の化学的豊かさを示しています。有機化合物は隕石中に広く存在し、一部の隕石は太陽系形成の最初の段階の前またはその期間に存在した材料を保存しています。マーチソン隕石は、太陽形成前に生成された微小な材料である前太陽粒子の証拠を提供したことがあります。マーチソン隕石の大部分を所蔵しているシカゴのフィールド博物館（Field Museum）は、これを最も広く研究された炭素質コンドライトの一つと見なしています。
新たな研究は、この調査をより正確な方向に進めています：どの元素や分子が生き残ったのかを問うだけでなく、単一の外星分子の実際の姿を特定し始めています。この化学マッピングと分子イメージングの組み合わせは、研究者に初期の太陽系における有機的な在庫のより詳細な画像を提供し、科学者が惑星と最終的な生命の出現の化学的起源条件をより良く理解するのに役立つ可能性があります。